Las pseudomonas tienden a perder genes durante infecciones respiratorias crónicas
El contenido de genes de los genomas bacterianos se considera como un buen indicador de su potencial funcional a pesar de que este se encuentre regido por la maquinaria de regulación de la expresión. Esto es porque existe una tendencia a perder genes y se supone que si los genes se están manteniendo en el genoma bacteriano, entonces se puede deber a selección conservadora. Asimismo, las bacterias tienen una alta plasticidad genómica y pueden adquirir genes de manera horizontal provenientes frecuentemente de organismos cercanamente emparentados. Un sistema en el que se pueden poner a prueba estas hipótesis es la infección crónica de bacterias del género Pseudomonas en pacientes con fibrosis quística, ya que se sabe que hay genes importantes para el establecimiento de la infección y se ha observado pérdida de genes en estos aislados pasado cierto tiempo. Por esta razón, Migle Gabrielaite y compañía reanalizaron un conjunto de 474 genomas de aislados de P. aeruginosa muestreados de forma longitudinal en 34 pacientes.
List of the most variable Pseudomonas origin genes and their function according to the PseudoCAP annotation. The genes code for proteins in the following categories: A—hypothetical, unclassified, unknown; B—membrane proteins; C—amino acid biosynthesis and metabolism related; D—antibiotic resistance and susceptibility; E—transport of small molecules; F—putative enzymes; G—energy metabolism; H—two-component regulatory systems; I—secreted factors (toxins, enzymes, alginate); J—central intermediary metabolism; K—transcriptional regulators; L—nucleotide biosynthesis and metabolism.
Los autores estimaron los pangenomas de cada linaje y encontraron que tenían de 5,000 a 7,000 genes. Además, el pangenoma de todos los aislados tuvo un tamaño de 14,462 genes no redundantes, de los cuales 9,575 formaron el genoma accesorio. Al comparar el contenido de genes en aislados antiguos de los aislados recientes, los autores encontraron que el número de genes que se perdió fue 6 veces mayor al número de genes que se ganaron a lo largo de la infección. Los profagos fueron un caso interesante ya que fueron variables en 22 linajes y de hecho el 70% de estos genes se perdió. Asimismo, de los 257 genes relacionados con virulencia según la VFDB, 17 de ellos fueron variables en por lo menos un linaje, aunque en general esta categoría de genes tuvo una movilidad baja. Posteriormente, los autores definieron un conjunto de genes variables siempre y cuando mostraran movilidad en por lo menos 4 linajes. De esta forma encontraron 52 genes particularmente variables, de los cuales 4 de ellos fueron variables en 5 linajes y uno fue variable en 10 linajes. De este conjunto de genes, la mayor parte de ellos están anotados como hipotéticos, seguidos por proteínas de membrana.
Los autores encontraron posibles islas genómicas que coincidían con sitios de unión variables de profagos. Muchos de los genes presentes en estas islas se encuentran anotados como hipotéticos mientras que otros dos están relacionados con virulencia. A continuación, los autores usaron el contenido de SNPs y la presencia y ausencia de genes para evaluar sus relaciones de similitud. Los genomas se agruparon según el tipo de aislado y el paciente de origen formando dos grupos alrededor de dos cepas de referencia: PAO1 o UCBPP-PA14. También encontraron que los linajes asociados con PAO1 tuvieron una menor diversidad genética que los asociados con UCBPP-PA14. Los autores reconocen que estos resultados pueden ser afectados por la alta heterogeneidad de los aislados de P. aeruginosa en pacientes con fibrosis quística que no se encuentra correctamente representada en los genomas analizados ya que provienen de solo un aislado por mucosidad. Este estudio nos ayuda a entender la microevolución genómica bacteriana y sus efectos en el contenido de genes.
Gabrielaite M, Johansen HK, Molin S, Nielsen FC, Marvig RL. 2020. Gene loss and acquisition in lineages of Pseudomonas aeruginosa evolving in cystic fibrosis patient airways. mBio 11:e02359-20. https://doi.org/10.1128/mBio.02359-20.
